毕业设计-基于单片机控制的电动车快速充电器的设计

毕业设计-基于单片机控制的电动车快速充电器的设计内容摘要：

～ )U1 = (～ ) 220V = 264V (取 ) 半桥逆变电路 半桥逆变电路由两个导电臂构成，每个导电臂由一个全控器件 和一个反并联二极管组成。 电路图如图 12 所示。 直流侧接有两个相互串联切足够大的电容器 C1和 C2，满足 C1=C2。 12 图 12 半桥逆变器电路 在一个周期内，开关管 V V2的基极信号各有半周正偏、半周反偏，且互补。 设在 t2时刻以前 V1导通， V2截止，则 U4=177。 1/2U3。 t2时刻 V1截止，同时给 V2发出导通信号，由于感性负载中的电流 i 不能立即改变方向，于是 D2导通续流。 U4=－ 1/2U3。 t3时刻 i0降至零， D2截止， V2 导通， i0开始反向增大。 此时仍然有 U4=－ 1/2U3。 t4时刻 V2截止，同时给 V1发 出导通信号，由于感性负载中的电流 i0不能立即改变方向，于是 D1先导通续流。 此时仍然有 U4=＋ 1/2U3。 t5时刻 i0降至零， V1导通。 U4=＋ 1/2U3。 由上分析可知，输出电压 U4 周期为 TS 矩形波，其幅值为 1/2U3。 当 V1 或 V2 导通时，负载电流和电压同方向，直流侧向负载提供能量。 而当 D1或 D2 导通时，负载电流和电压反方向，负载中电感的能量向直流侧反馈，即负载将起吸收的无功能量反馈回直流侧，反馈的能量暂时存储在直流侧的电容中。 该电容起缓冲这种无功能量的作用。 半桥逆变电路输出电压波形如图 13 所示。 图 13 半桥逆变电路输出电压波形 13 开关变压器的设计计算 开关变压器的磁化特性工作在第一、第三象限，它的磁通变化可以 从－ BM 到＋BM，属于对称式工作变压器。 主变压器施加电压只有一半输入电压值 1/2U4(＋ 132V)。 开关管的反向耐压比较低。 在两功率管交替开关作用下，变换器原边可产生幅值 280V的方波电压。 经变压器整流滤波输出，实现功率转变。 a) 估算采用 EE55 铁氧体磁芯的功率容量 EE55 的中心柱截面积为 Ae=，窗口面积为 AQ=，它的功率容量乘积为 Ap=Ae AQ= =。 当开关频率选 50KHz 时： Ap= Ae AQ=(PT 106)/(2η fBMδ KMKG) ＝ (600 106) /(2 50 103 1500 2 1) = 5 可见，采用 EE55 磁芯时，其功率容量足够大． 原边绕组匝数： NP=(VINP/2) 108/(4fBmAe) =(280/2) 108/4 50 103 1500 = 故 NP取整数 14 匝。 b) 充电器的容量计算 当充电器为 36V,12A 时蓄电池的充电最大容量为： 36V 12A＝ 432W 故变压器铁芯的容量计算可按照 500W 容量计算。 c) 原边与副边绕组匝数比的计算 开关变压器的原边与副边绕组的匝数比为： VOPIN MI N0. 5V=NsNp 其中： VIN MIN指电网最低输入直流电压值， VIN MIN＝ 220V VOP 指整流滤波输出电压的脉冲幅度。 VOP 要考虑三个因素之和，即：V0=40V+40 10%=44V，二极管压降： VD=, 滤波电感直流压降为VL=。 设整流器输出占空比为 ，则有： VOP=(44++)/=50V 因此原副边绕组匝数比为： (取 3匝 )=50V0. 5 22 0V=NsNp 14 副边绕组匝数为： Ns=Np/3=14/3= (取 5匝 ) 经过实验证明，当开关变压器原边绕组为 20 匝，副边绕组匝数为 8 匝时，半桥变压器的开关脉冲电压波形有所改善。 变频整流电路 变频整流电路由两个整流二极管和一个 LC 滤波电路组成，使半桥逆变器输出的脉冲电压成为一个比较稳定的直流 电压。 整流前后电压波形如下图 14所示。 图 14 整流前后的波形 控制电路的设计 传感检测电路 a) 温度检测电路 温度检测所使用的传感器非常多，热敏电阻是其中一种用半导体材料制成的敏感元件，起主要特点是灵敏度高、体积小、功耗低而且价格低廉。 用热敏电阻构成的温度检测电路较为简单，使用电阻分压电路，将温度变化引起的电阻变化转为电压信号，可以直接传送给单片机处理。 下表为负温度系数的热敏电阻的分度表。 表 1热敏电阻分度表 温度 /℃ 电阻 /kΩ 温度 /℃ 电阻 /kΩ 温度 /℃ 电阻 /kΩ 30 40 50 31 41 51 32 42 52 33 43 53 34 44 54 35 45 55 36 46 56 37 47 57 38 48 58 39 49 59 15 温度检测电路如图 15 所示。 它是有温度传感器和单稳态触发器两部分组成，单稳态触发器有 NE555 时基集成电路构成。 热敏电阻 RT 用作温度传感器。 当蓄电池温度较低时，热敏电阻 RT 表现电阻值较大，调节电位器 Rp 可以使时基集成块触发端 2 脚的电平低于 1/3 电源电压（指集成块 IC 的供电电压 VDD），单稳态电路触发翻转进入稳态，电路置位，输出端 3 脚输出高电平，使三极管触发导通向单片机输入低电平。 相反，当蓄电池温度较高时，则向单片机输入高电平。 本电路可以通过调节可调电阻器 Rp 的阻值，使电路在温度为 45℃的时候发生动作，实现 温度检测的目的。 图 15 温度检测电路 b) 电压检测电路 电压检测电路的设计主要考虑的问题是 :在正常充电的过程中，电池端电压 Ubat的变化范围是 0V到 15V， 要使单片机检测 Ubat 的变化映射到 0V到 5V的范围内，在测量中，需要用低压器件去测量高压、强电流模拟量，如果模拟量与数字量之间没有电气隔离，那么，高电压、强电流很容易串入低压器件，并将其烧毁。 本设计采用精密电阻进行比例衰减，把输入电压量程范围转化为 AD 转换器的量程范围，然后经 RC 滤波，再送给 AD 转换器测量。 线性光藕可以较好的实现输入侧和输出侧之 间的隔离，且输出侧跟随输入变化，线性度达 %。 电压采样电路的工作原理如图 16 所示： 16 图 16 电压检测电路 输入电压： 1 0 0in batV V V U   （ ） 经分压衰减变成 109 10i batRVURR  （ ） 忽略运放的电流，根据虚地原理，有 34iV V V 所以第一路光藕的输出 345 12 12VVI RR （ ） 由于光藕 4AU 和 4BU 的原边电流相同，且 2 个光藕制造工艺相同，所以可近似地认为它们的电流放大倍数是相同的。 即两路光藕的输入输出电流之比 4645 IIII  （ ） 因为 A/D 的输入阻抗很高，所以  2 1 0426 6 2 5 2 21 2 1 2 1 2 9 1 0i b a tR W RV R WV I R W I R W R W V UR R R R R      （ ） 把 2RW 、 12R 、 10R 、 9R 的阻值代入得  26 0 05 6 .1RWV V V （ ） 调节 2RW ，使得采样电路输出的电压为 17 /3 13VOL TAGE AIN batVU （ ） 即把输入电压从 015V衰减到 05V。 c)电压检测 A/D 转换电路设计 这里选用 TI 公司生产的 TLC1549 串行 A/D 转换器芯片，它是一种开关电容结构的逐次比较型 10 位 A/D 转换器。 片内自动产生转换时钟脉冲，转换时间≤ 21μ s；最大总不可调转换误差为177。 1LSB；单电源供电 (+5V)，最大工作电流仅为 ；转换结果以串行方式输出；工作温度为－ 55～ +125℃。 电压检测 A/D 转换电路如图 17所示。 图 17 电压检测 A/D转换电路 单片机电路 单片机电路设计如图 18 所示，由于 89C51 单片机的 P0 口作为输入口时要接上上拉电阻，所以我选用 P1 口作为输入输出口。 温度传感器所检测的电压信号通过单片机的 口输入，电压信号由 口输入。 输出口由单片机的 ～ 提供。 具体分布情况见下表。 表 2 地址分配 地址 用途 温度检测 充电指示 充满指示 电源指示 Q1输出 Q2输出 电压检测 18 图 18 单片机电路图 整体电路设计 电动自行车快速充电器的整体电路主 要分为三大部分电路组成：主电路、控制电路和检测电路。 主电路由全桥式整流电路和半桥逆变电路组成，电网电压先经过热敏电阻的保护环节后，由 EMI 滤波器去共模信号，再经电容滤波，送至全桥整流电路。 半桥逆变电路后经开关变压器变压，在经过半桥滤波整流电路成为比较稳定的电压值。 供给电池充电。 控制电路由一个单片机 AT89C51 来实现，单片机通过检测来的电压信号值作出相应的动作：输出不同宽度的脉冲电压和作出不同指示。 检测电路有温度检测电路和电压检测电路。 温度用温度传感器实现，电压检测由分压电阻实现。 单片机主电路如图 19所示： 19 图 19 单片机主电路图 第五章 系统软件程序设计 温度检测中断程序 WD: CLR EA MOV P1,00H SETB EA RET 电压检测子程序 DYJC1: MOV P2,00H LCALL ADC MOV A,R5 CLR C SUBB A,@R2 JNC L4 SETB 00H 20 L4: RET DYJC2: MOV P2,00H LCALL ADC MOV A,R6 CLR C SUBB A,@R2 JNC L5 SETB 01H L5: RET DYJC3: MOV P2,00H LCALL ADC MOV A,R7 CLR C SUBB A,@R2 JNC L6 SETB 03H L6: RET ADC: CLR MOV R0,2 LCALL RDTATA MOV R1,A MOV R0,8 LCALL RDATA MOV R2,A SETB CLR RET RDATA: CLR MOV C, RLC A SETB DJNZ R0,RDATA RET 21 充电脉冲控制子程序 KCD: MOV TMOD,06H MOV TL1,9CH MOV IE,82H SETB TR1 SETB CLR WAIT1: SJMP WAIT1 CLR TR1 CPL CPL RET FCD: MOV TMOD,60H MOV TL1,34H MOV IE,88H SETB TR1 SETB。